隐写技巧：利用JPEG文件格式隐藏payload

前言

继续对图片隐写技巧的学习，这次是对JPEG文件格式的学习和理解。同PNG文件的格式对比，JPEG文件相对简单，读取其中隐藏payload的方式大同小异，两者区别在于文件格式不同，可供利用的细节存在差异。

本文相关工具：

16进制编辑器：Hex Editor

隐写检测：Stegdetect 

编辑Exit信息：MagicEXIF 

分析JPEG图片格式：JPEGsnoop 

相关概念

JPEG文件

JPEG是Joint Photographic Experts Group(联合图像专家组)的缩写，支持有陨压缩，不支持透明，不支持动画，非矢量

JEPG同JPG的区别

JPEG既可作为扩展名，又能代表文件格式
JPG是JPEG的简写，代表扩展名
JPEG和JPG基本上是没有区别的，它们的格式也是通用的

色彩模型

采用YCrCb色彩模型，更适合图形压缩，而不是RGB

Y表示亮度
Cr表示红色分量
Cb表示蓝色分量

人眼对图片上的亮度Y的变化远比色度C的变化敏感. 如果每个点保存一个8bit的亮度值Y, 每2x2个点保存一个CrCb值, 图象在肉眼中的感觉不会起太大的变化，而且节省一半的空间

RGB模型4个点需要4x3=12字节 
YCrCb模型4个点需要4+2=6字节

[R G B] -> [Y Cb Cr] 转换：

Y = 0.299*R + 0.587*G + 0.114*B 
Cb = - 0.1687*R - 0.3313*G + 0.5 *B + 128 
Cr = 0.5 *R - 0.4187*G - 0.0813*B + 128

[Y,Cb,Cr] -> [R,G,B] 转换：

R = Y + 1.402 *(Cr-128) 
G = Y - 0.34414*(Cb-128) - 0.71414*(Cr-128) 
B = Y + 1.772 *(Cb-128)

文件格式

JPEG文件大体上可以分成两个部分：标记码和压缩数据

标记码：由两个字节构成，第一个字节是固定值0xFF，后一个字节则根据不同意义有不同数值

在每个标记码之前可以添加数目不限的无意义的0xFF填充，连续的多个0xFF可以被理解为一个0xFF，并表示一个标记码的开始

常见的标记码：

SOI 0xD8 图像开始
APP0 0xE0 应用程序保留标记0
APPn 0xE1 - 0xEF 应用程序保留标记n(n=1～15)
DQT 0xDB 量化表(Define Quantization Table)
SOF0 0xC0 帧开始(Start Of Frame)
DHT 0xC4 定义Huffman表(Define Huffman Table)
DRI 0XDD 定义差分编码累计复位的间隔(Define Restart Interval)
SOS 0xDA 扫描开始(Start Of Scan)
EOI 0xD9 图像结束

压缩数据：前两个字节保存整个段的长度，包括这两个字节

注：这个长度的表示方法按照高位在前，低位在后，与PNG文件的长度表示方法不同，例如长度是0x12AB，存储顺序为0x12，0xAB。

Exif信息

Exif文件是JPEG文件的一种，遵从JPEG标准，只是在文件头信息中增加了拍摄信息和索引图。用相机拍出来的jpeg都会有这个信息，储存在APP1(0xFFE1)数据区中，接下来两字节保存APP1数据区(即Exif数据区)的大小，接着为Exif Header，固定结构：0x457869660000，后面为Exif的数据

查看Exif信息的工具：exiftool 

编辑Exit信息的工具：MagicEXIF 

添加操作如图

常见隐写方法

DCT加密
LSB加密
DCT LSB
Average DCT
High Capacity DCT
High Capacity DCT - Algorithm

目前已经有很多开源的工具能够实现以上高级的隐写方法，常见隐写工具：

JSteg
JPHide
OutGuess
Invisible Secrets
F5
appendX
Camouflage

当然，对应的隐写检测工具也出现了很久，比如：Stegdetect 

利用JPEG文件格式隐藏Payload

接下来介绍在学习文件格式后产生的一些隐藏思路： 

1、直接在尾部添加数据

如图，不会影响图片的正常浏览

2、插入自定义COM注释

COM注释为0xff和0xfe 
插入数据0x11111111 
长度为0x04 
总长度为0x06 
完整的十六进制格式为0xffff000611111111

插入位置为DHT前面，如图

插入后如图，不影响图片的正常查看

将ff改为fe，如图，同样不影响图片的正常查看

3、插入可被忽略的标记码

原理同上，标志码换成可被忽略的特殊值，例如：

00
01 *TEM
d0 *RST0
dc DNL
ef APP15

经测试以上标识码均不影响图片的正常查看

4、修改DQT

DQT: Define Quantization Table 
标识码为0xdb 
接下来两字节表示长度 
接下来一字节表示QT设置信息 
前4bit为QT号 
后4bit为QT精度,0=8bit,否则为16bit 
最后是QT信息，长度为64的整数倍

查看测试图片的DQT信息，如图

长度为0x43，十进制为67 
00表示QT号为0，精度为8bit 
接着64字节为QT信息字节

注：此处DQT格式参考自http://www.opennet.ru/docs/formats/jpeg.txt

尝试将这64字节替换，如图

前后对比如图，能够发现图片的变化

如果仅仅是调整其中部分字节，改为payload，那么能有多大区别呢，对比如图

依次类推，可供修改的位置还有很多

检测和识别

对于以上的隐藏方法，借助jpeg图片格式分析工具就能发现其中的痕迹，比如JPEGsnoop 

支持如下文件的格式分析：

.JPG - JPEG Still Photo
.THM - Thumbnail for RAW Photo / Movie Files
.AVI* - AVI Movies
.DNG - Digital Negative RAW Photo
.PSD - Adobe Photoshop files
.CRW, .CR2, .NEF, .ORF, .PEF - RAW Photo
.MOV* - QuickTime Movies, QTVR (Virtual Reality / 360 Panoramic)
.PDF - Adobe PDF Documents

实际测试：

如下图，发现了图片中添加的COM注释

如下图，通过查看DQT的数据识别添加的payload，0x11对应的十进制为17

同样，JPEGsnoop能够解析jpeg图片的EXIF信息，如下图

注：为便于测试，截图中的以下数值通过MagicEXIF软件手动添加：

补充

相比于png文件，由于JPEG文件没有对图像数据的校验位，所以在jpeg文件中添加payload简单了很多，下载JPEG图片解析并执行payload的方法不再介绍。

小结

本文对JPEG的格式进行介绍，着重分析如何根据JPEG的文件格式，利用特定标志码隐藏payload，这种方式虽然不会影响图片的正常浏览，但是借助于格式分析软件仍能够发现其中的细节。介绍JPEG格式的官方文档里面待学习的内容还有很多，认识越深，可供研究的技巧将会更多。